ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร ทำไมเสียงนภากัมปนาท จึงมักเกิดขึ้นภายหลังแสงแปลบปลาบ

ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เหตุใดนภาจึงกัมปนาท

หลายครั้งที่ได้ยินคำถาม ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เสียงเปรี้ยงปร้างดังสนั่น มีคำอธิบายอย่างไร

“ ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร ครับ ” หลานชายวัยกำลังหัดเจรจาของฉันไถ่ถามขึ้นมาระหว่างคืนฝนพรำและแสงแปลบปลาบวิ่งพล่านไปทั่วฟ้า ฉันนึกหาคำอธิบายอย่างง่ายที่สุดเพื่อให้เหมาะสมกับวัยของผู้ฟัง แต่ก็เป็นเรื่องยากเกินกว่าที่ตั้งใจไว้

ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า (Thunder) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุอิเล็กตรอนภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆกับก้อนเมฆ หรือเกิดขึ้นระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน การเคลื่อนที่ขึ้นลงของกระแสอากาศ (updraft/downdraft) ภายในเมฆคิวมูโลนิมบัส ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าในแต่ละบริเวณของก้อนเมฆและพื้นดินด้านล่าง เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างตำแหน่งทั้งสองที่มีค่าระดับหนึ่ง จะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยมีประจุบวกอยู่ทางด้านบนของก้อนเมฆ ประจุลบอยู่ทางตอนล่างของก้อนเมฆ พื้นดินบางแห่งมีประจุบวก พื้นดินบางแห่งมีประจุลบ ซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า

ทำความรู้จักกับ “เมฆ” แต่ละประเภท

การเกิดประจุไฟฟ้าในอากาศ

เมื่อท้องฟ้าเต็มไปด้วยก้อนเมฆอันเกิดจากการควบแน่นของละอองน้ำในอากาศ และกระแสลมพัดให้เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้า โมเลกุลน้ำและโมเลกุลอากาศเกิดการเสียดสีกันขณะที่เมฆเคลื่อนตัวไปในอากาศ จึงเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นในก้อนเมฆและทวีปริมาณมากขึ้น จนกระทั่งเกิดความต่างศักย์ระหว่างก้อนเมฆ ทำให้เกิดการถ่ายเทประจุระหว่างหรือภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆและพื้นดิน หลักการเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า และฟ้าร้อง อธิบายได้ดังนี้

ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร, ปรากฏารณ์ทางธรรมชาติ
การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าขณะที่เกิดฟ้าผ่า ฟ้าแลบ และฟ้าร้อง
ภาพประกอบ: ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์

เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่ด้านบนของก้อนเมฆ ทำให้เกิดแสงสว่างในก้อนเมฆ หรือประจุไฟฟ้าลบบริเวณฐานเมฆก้อนหนึ่งถูกเหนี่ยวนำไปหาประจุบวกในเมฆอีกก้อนหนึ่ง จะมองเห็นสายฟ้าวิ่งข้ามระหว่างก้อนเมฆเรียกว่า “ฟ้าแลบ”

เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่บนพื้นดิน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆพุ่งลงสู่พื้นดินเรียกว่า “ฟ้าผ่า” ในทางกลับกัน ประจุลบที่อยู่บนพื้นดินถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกในก้อนเมฆ มองเห็นเป็นฟ้าแลบจากพื้นดินขึ้นสู่ท้องฟ้า

เมื่อเกิดฟ้าแลบหรือฟ้าผ่า การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าในอากาศทำให้อากาศในบริเวณนั้นมีอุณหภูมิสูงมากจนขยายตัวอย่างฉับพลัน ส่งผลให้เกิดช็อกเวฟ (Shock wave) ส่งเสียงดังออกมาเรียกว่า “ฟ้าร้อง”

ฟ้าแลบและฟ้าร้องเกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน แต่เรามองเห็นฟ้าแลบก่อนได้ยินเสียงฟ้าร้อง เนื่องจากแสงมีความเร็วมากกว่าเสียง แสงมีอัตราเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ส่วนเสียงมีอัตราเร็วประมาณ 1/3 กิโลเมตรต่อวินาทีเท่านั้น ถ้าเราต้องการทราบว่า ฟ้าแลบหรือฟ้าผ่าเกิดขึ้นห่างห่างจากเราเท่าใด เราสามารถจับเวลาตั้งแต่เมื่อเราเห็นฟ้าแลบจนถึงได้ยินเสียงฟ้าร้องว่าเป็นระยะเวลากี่วินาที แล้วเอาจำนวนวินาทีคูณด้วย 1/3 ก็จะได้เป็นระยะทางกิโลเมตร เช่น ถ้าเราจับเวลาระหว่างฟ้าแลบกับฟ้าร้องได้ 3 วินาที เราจะทราบได้ว่า ฟ้าแลบอยู่ห่างจากเราประมาณ 1/3 x 3 เท่ากับ 1 กิโลเมตร (อ้างอิงจาก: ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์)

ฟ้าผ่า, ฟ้าแลบ, ฟ้าร้อง, ฝนฟ้าคะนอง
ตึกสูงต่างๆ มักติดตั้งสายล่อฟ้าไว้เพื่อป้องกันความรุนแรงจากเหตุการณ์ฟ้าผ่า

ฟ้าผ่าเป็นปรากฏการณ์ที่ทำอันตรายได้ถึงชีวิต มักเกิดขึ้นกับวัตถุที่อยู่เหนือระดับพื้นดิน ทั้งนี้ เนื่องจากกระไฟฟ้าต้องการทางลัดระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน มีความเชื่อที่ส่งต่อกันมาว่า เมื่อเกิดพายุฝนฟ้าคะนองควรหลีกเลี่ยงการอยู่บนที่แจ้งและการมีสื่อนำไฟฟ้า เช่น สร้อยคอ แท่งโลหะ โทรศัพท์มือถือ แต่ในความเป็นจริงแล้ว โลหะที่สวมใส่อยู่บนร่างกายไม่ได้เป็นสาเหตุของการเกิดฟ้าผ่า พราะว่าการถูกฟ้าผ่า คือ การที่ร่างกายของเราได้ “แสดง” ประจุไฟฟ้าอย่างชัดเจนในพื้นที่นั้นๆ เช่น การไปยืนกลางทุ่งนา หรือยืนกลางลานโล่งแจ้ง

สำหรับการปลูกสร้างอาคารสูงควรติดตั้งสายล่อฟ้าไว้บนยอดอาคารและเดินสายกราวน์ไปยังพื้นดิน เพื่อเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าจากอากาศให้รีบผ่านลงสู่พื้นดิน โดยไม่สร้างความเสียหายให้แก่ตัวอาคาร

ในราตรีอันยาวนานของคืนฝนพรำ เด็กชายตัวน้อยหลับไปพร้อมกับเสียงน้ำฝนและแสงแวบวาบ ฉันไม่ได้เล่าถึงปรากฏการณ์ฟ้าผ่าอย่างที่อธิบายมาในข้างต้น แต่เปลี่ยนวิธีการเล่าให้เนื้อเรื่องการเกิดฟ้าผ่าให้เป็นนิทานก่อนนอน ซึ่งฉันหวังใจว่าหลานชายตัวน้อย คงเข้าใจในสิ่งที่เขาตั้งคำถาม


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ไอดินและกลิ่นฝนไอดินและกลิ่นฝน

เรื่องแนะนำ

เรือนยอดของต้นไม้ ช่วยป้องกันโรคระบาดในพืช

เรือนยอดของต้นไม้ ในป่าล้วนรักษาระยะห่างจนเกิดเป็นช่องว่าง เรียกว่า เรือนยอดไม่บดบังกัน (crown  shyness) ซึ่งช่วยให้ต้นไม้สามารถแบ่งปันทรัพยากร และควบคุมการระบาดของโรค เดือนมีนาคม ค.ศ. 1982 ในวันที่อากาศอบอุ่น ฟรานซิส “แจ็ก” พุตซ์ (Francis “Jack” Putz) นักชีววิทยา เดินทางเข้าไปในป่าต้นโกงกางที่มี เรือนยอดของต้นไม้ เพื่อหลบหลีกจากความร้อนในช่วงบ่าย ด้วยความง่วงจากอาหารมื้อเที่ยง และการทำงานภาคสนามในอุทยานแห่งชาติ กัวนากัสเต ประเทศคอสตาริกา อย่างหนัก พุตซ์จึงตัดสินใจงีบหลับระหว่างวัน ขณะที่เขามองขึ้นไปบนท้องฟ้า สายลมพัดยอดโกงกางที่อยู่เหนือเขาไหวเอนไปมา ทำให้กิ่งก้านสาขาของต้นไม้ที่อยู่ใกล้เคียงก่ายเข้าหากัน ใบไม้และกิ่งไม้ที่อยู่ขอบนอกสุดของเรือนยอดหักลง พุตซ์สังเกตเห็นว่าการตัดแต่งกิ่งซึ่งกันและกันนี้ทิ้งร่องรอยของพื้นที่ว่างบนเรือนยอด เครือข่ายของยอดไม้ที่เรียกว่า Crown Shyness ได้รับการบันทึกไว้ในป่าทั่วโลก จากป่าโกงกางของคอสตาริกาไปจนถึงต้นการบูรบอร์เนียวที่สูงตระหง่านของมาเลเซีย มีช่องว่างระหว่างพุ่มไม้เขียวขจี แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ว่า เหตุใดยอดไม้จึงไม่ยอมให้เกิดการบดบังกัน พุตซ์ให้เหตุผลว่า ต้นไม้ต้องการพื้นที่ว่างซึ่งกันและกัน เพื่อใช้ในแผ่กิ่งก้าน และดูเหมือนว่าลมจะมีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ต้นไม้จำนวนมากรักษาระยะห่างระหว่างกันได้ การแบ่งแยกพื้นที่ว่างระหว่างกิ่งก้านของแต่ละต้น อาจช่วยเพิ่มการเข้าถึงทรัพยากรของพืช เช่น แสง อีกทั้งช่วยขัดขวางการแพร่กระจายของแมลงที่กัดกินใบ เถาวัลย์ กาฝาก หรือโรคติดเชื้ออื่น ๆ เม็ก […]

ก่อนที่จะมี CSI เรามี “นักสืบ X

คริสเตน เฟเดริก-ฟรอสต์ ภัณฑารักษ์ ค้นหาจดหมายเหตุอยู่ที่ สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology – NIST) เพื่อนำมาจัดแสดง และพบสมุดบันทึก 9 เล่มที่เป็นของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งทำงานอยู่ที่สถาบัน NIST เมื่อตอนต้นศตวรรษที่ยี่สิบ นักวิทยาศาสต์คนนั้นคือ วิลเมอร์ ซาวเดอร์ นักฟิสิกส์ของสถาบัน NIST ชายผู้เถรตรงผู้นี้เป็นลูกชาวไร่ชาวนาจากรัฐอินดีแอนาทางใต้ จบการระดับมหาวิทยาลัยและกลายมาเป็นนักฟิสิกส์ หลังได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตในปี 1916 เขาเริ่มงานที่สถาบันมาตรฐานแห่งชาติ (National Bureau of Standards: NBS ซึ่งต่อมากลายเป็น NIST) ซึ่งทำหน้าที่วัดตวงทุกสิ่งในสหรัฐฯ  ซาวเดอร์เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านบันทึกทันตกรรมและในภายหลังยังเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการวิเคราะห์และระบุลายมือ (handwriting identification specialist) ผู้มีบทบาทสำคัญในการสืบสวนคดีของรัฐบาลกลาง รวมถึงการพิจารณาคดีในศาลของคดีลักพาตัวบุตรตระกูลลินด์เบิร์ก (บุตรชายของนักบิน ชาร์ลส์ ลินด์เบิร์ก อ่านคดีเด็กหายอันโด่งดังนีได้ที่ http://www.thairath.co.th/content/230569 หรือ https://www.fbi.gov/history/famous-cases/lindbergh-kidnapping  ) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 85 ปีก่อน […]